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高速铁路无砟轨道桥梁梁端过渡板结构参数合理值分析

陆秀阳  
【摘要】:高速铁路桥梁在列车荷载、混凝土徐变变形、桥梁墩台基础的不均匀沉降以及温差等因素的作用下,在桥梁的端部将会产生一定的转角或错台位移。当梁端位移大于安全限值要求时,将会对列车的运行安全性及乘客的乘坐舒适性造成不利的影响。在梁端设置过渡板结构是改善梁端轨道结构受力的有效措施,但何种参数的过渡板结构能尽可能大的降低轨道结构的受力、列车的运行平稳性在梁端铺设过渡板结构后能否得到保障,这些都是设计者需要考虑的问题。本文综合静力学与动力学两个角度对梁端过渡板结构自身参数和板上扣件系统参数的合理取值范围进行了分析研究,主要研究内容与结论如下:(1)对过渡板结构改善梁端轨道结构受力的机理进行了详细分析。通过对比分析在铺设过渡板结构前后梁端轨道结构的力学分析模型发现,在梁端变形处设置过渡板结构可以较为明显地改善轨道结构的受力;(2)利用ANSYS建立了设置过渡板结构的2跨32m简支梁的静力分析有限元模型。研究发现,对于发生单侧梁端转角位移时,在铺设过渡板结构后,梁端轨道结构受力改善情况最佳;在单侧梁端发生0.5mm~3mm错台位移情况下,扣件最大下压力减小了 75%~83%;在选取的梁端一侧发生转角同时另一侧发生错台位移工况下,扣件最大上拔力减小了 79%~85%;在选取的梁端发生对称转角工况下,轨道板最小稳定系数提高了 275%~301%。(3)依据轮轨约束关系推导了列车-无砟轨道-过渡板结构-桥梁系统的运动方程,采用Newmark-β法求解系统响应。根据系统的运动方程运用MATLAB编写了求解系统振动响应的程序,分析了增设过渡板结构前后列车通过过渡板结构时的运行平稳性。研究发现,设置过渡板前后车辆的Sperling舒适性指标变化不大,而车体竖向最大振动加速度变化比较大;(4)综合静力与动力计算结果,给出了高速铁路无砟轨道桥梁梁端过渡板结构及其上扣件系统各参数合理取值范围,即过渡板上扣件静刚度宜取19kN/mm~40kN/mm;过渡板上扣件之间距离宜取600mm~630mm;过渡板长度宜取1.3m~2.5m;过渡板结构自身刚度(依靠更改过渡板惯性矩)取≥0.2×3.2×10-3m4以及过渡板板端扣件至支座距离取325mm~400mm。


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